Kako so nastale male razlike v temperaturah posameznih delov “mladega vesolja”?

Po teoriji velikega poka (Glej članek: Zelo kratka zgodovina časa) so galaksije nastale, ker je bilo mlado vesolje za malenkost gostejše v nekaterih svojih delih. Če ne bi bilo teh razlik, bi bila sila gravitacije v vseh delih vesolja enaka, kar bi vzdrževalo ravnovesje in protogalaktični oblaki se ne bi nikoli formirali. Minimalne razlike v temperaturi sevanja kozmičnega ozadja nam povedo, da so razlike res obstajale ob koncu dobe rekombinacije (tvorbe atomov vodika iz prostih protonov in elektronov), ko je bilo vesolje staro okoli 300.000 let. A teorija velikega poka ne zna pojasniti, kako je do teh razlik prišlo. Mogoče so obstajale v vesolju že od samega začetka časa, mogoče ne. Težavo s pojasnitvijo nastanka razlik v gostoti vesolja imenujejo problem strukture v vesolju. Čeprav mehanizem nastanka strukture v vesolju še zdaleč ni pojasnjen, nam lahko ideja inflacije, po kateri naj bi se mlado vesolje v starosti približno 10^-35 s močno in pospešeno napihnilo, poda enega od možnih mehanizmov. Najprej pa se moramo spoznati s posebnimi lastnostmi energijskega (inflatonskega) polja:

Načela kvantne mehanike določajo, da morajo energijska polja v vsaki točki prostora fluktuirati, kot posledica načela nedoločenosti. Ena od posledic Heisenbergovega načela nedoločenosti je namreč zmožnost nastanka nekaj energije iz niča. Edina omejitev je, da ta energija ne obstoji predolgo. Heisenbergovo načelo določi samo, koliko časa lahko neka količina energije obstaja, preden znova izgine. Po znani Einsteinovi enačbi E=mc² se lahko energija pretvori v določeno količino mase. Tako je ugotovitev, da lahko nenadno pride do vznikov energije iz niča, enakovredna nenadnim vznikom materije. Sliši se neverjetno, vendar se povsod okoli nas iz niča vsak trenutek pojavijo milijarde delcev, ki ponovno izginejo, še preden prekršijo Heisenbergovo načelo. Vedno se pojavljajo v parih delec-antidelec, in ker nastanejo iz niča, jih imenujejo vakuumske fluktuacije. Kvantna teorija je polna presenečenj, vendar se ta zdi še posebej nenavadna. Že leta 1947 sta pojav vakuumskih fluktuacij v laboratoriju opazovala Willis Lamb in Robert Rethenford. Pokazala sta, da pari delec-antidelec ustvarijo majhno, a opazno spremembo v spektru vodika, ki se do devete decimalke natančno sklada s predvidevanji kvantne elektrodinamike.

Razporeditev energije po prostoru na zelo majhnih razdaljah je zato bolj ali manj naključna celo v popolnem vakuumu. Te male kvantne “kodrčke” lahko opišemo z valovno dolžino, ki približno ustreza njihovi velikosti, in pa amplitudo, ki ustreza njihovi moči. Med procesom inflacije bi se kodrčki v prostoru-času lahko raztegnili tudi za faktor 10³⁰ in tako ustvarili zametke za nehomogenost mladega vesolja.

(Sašo Dolenc)

-